CN116370017A - 外科手术*** - Google Patents

Abstract

本公开公开了一种外科手术***，用于在髋关节上制备预定形状，包括切割工具、机械臂以及控制器，切割工具用于切割骨组织；机械臂用于把持切割工具并控制切割工具的位姿；控制器用于在收到第一信号时使机械臂进入牵引模式，以及，在检测不到第一信号时使机械臂进入静止模式，其中，牵引模式下机械臂能够在外力牵引下移动，静止模式下机械臂将切割工具保持当前位姿；在静止模式下，控制器还用于在接收到第二信号时，控制机械臂自动将切割工具调整至与目标位姿关联的对准位姿。通过外科手术***，既能够安全可控地、又能够精准地辅助用于安装髋关节假体的预定形状的制备。

Description

外科手术***

技术领域

本公开涉及计算机辅助的外科手术领域，具体涉及外科手术***。

背景技术

传统髋关节置换术虽然已经有超过半个世纪的历史，但是传统的髋关节置换术都是由医生手工进行安装假体，该种安装方式可能因为不同的医生或者同一个医生不同的状态以及其他影响因素导致假体安装位置不够理想。而假***置的安装不理想会直接影响手术效果，可能会导致置换后脱位、假体撞击、髋关节活动度减小、假体磨损增加等情况的出现。

在机器人辅助的全髋关节置换手术(THA)中，通过对CT数据的三维重建来生成患者的骨骼模型，手术规划环节根据患者的实际情况选择合适的假体型号并规划假体的安装位置，由假体安装的位置确定髋关节需要制备出的预定形状及预定形状的位置。并且，在手术过程中，基于手术规划在髋关节上制备出预定形状以安装假体。因为上述假体的安装位置是经过医生在骨骼模型上规划后得出的较佳的安装位置，严格按照上述过程进行髋关节置换的术后效果是理想的，因此准确地在髋关节上制备出用于安装假体的预定形状是保证假体安装位置理想的重要前提之一。

临床手术中，髋关节置换包括髋臼假体和股骨假体(包括股骨柄和股骨头假体)的安装置换，用于安装髋臼假体的预定形状通过髋臼锉磨削成型，用于安装股骨柄假体的预定形状通过髓腔铰刀扩髓成型。

在机械臂的辅助下，髋臼磨锉杆组件或髓腔铰刀需要严格按照手术计划进行动作，将髋臼锉或髓腔铰刀移动至目标位姿，并在高速旋转对髋骨或股骨进行加工。在此过程中，髋臼磨锉杆组件或髓腔铰刀的运动轨迹控制是重要的，一方面，精确的运动控制能够保证预定形状转制备的准确性，髋臼磨锉杆组件或髓腔铰刀错误的取向会导致髋臼杯或股骨柄不能以正确的角度安装；另一方面，合理的运动控制能够保证髋臼磨锉杆组件或髓腔铰刀等手术工具深入患处创口时不会对病人造成医源性损伤，因为无论是通过髋臼锉磨削髋臼还是通过髓腔铰刀对股骨进行扩髓，均会经过人体组织而深入创口，不正确的运动控制将可能导致安全事故的发生。

目前，市面上已存在较为成熟的用于制备预定形状的手术***，如马可外科(MAKOSurgical)公司的髋关节手术机器人***，中国发明专利CN105193506B公开了其内容，该方案通过力反馈控制来对机械臂把持下的手术工具进行运动范围的限制，其大体通过施加第一限制和第二限制将髋臼锉及把持髋臼锉的杆件限制在一锥型区域内，髋臼锉及把持髋臼锉的杆件允许相对于目标位姿的期望轴线存在一定的角度偏差。并且设置启动区以起始第一限制和第二限制。上述髋臼锉及把持杆件的运动控制过程较为复杂，且允许髋臼锉、把持髋臼锉的杆件与预定轴线的偏差可能在一定程度上导致预料之外或不必要的磨削。

发明内容

本公开提供一种外科手术***，解决了髋关节置换手术中如何准确地制备髋关节的问题。

本公开提供一种外科手术***，用于在髋关节上制备预定形状，包括切割工具、机械臂以及控制器，切割工具用于切割骨组织；机械臂用于把持切割工具并控制切割工具的位姿；控制器用于在收到第一信号时使机械臂进入牵引模式，以及，在检测不到第一信号时使机械臂进入静止模式，其中，牵引模式下机械臂能够在外力牵引下移动，静止模式下机械臂将切割工具保持当前位姿；在静止模式下，控制器还用于在接收到第二信号时，控制机械臂自动将切割工具调整至与目标位姿关联的对准位姿。

在第一种可能的实施方式中，在静止模式下进一步为：机械臂将切割工具保持在与目标位姿关联的预对准范围内。

结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实施方式中，控制器被进一步编程以：根据目标位姿确定预对准范围和对准位姿。

结合上述可能的实现方式，在第三种可能的实施方式中，控制器被进一步编程以：允许预对准范围内切割工具的轴线与目标位姿的轴线的存在偏差。

结合上述可能的实现方式，在第四种可能的实施方式中，控制器被进一步配置为：机械臂将切割工具调整至对准位姿后且控制器接收到第三信号时，产生使机械臂进入直线模式的控制信号，直线模式下机械臂的末端能够在外力作用下沿直线运动。

结合上述可能的实现方式，在第五种可能的实施方式中，机械臂的末端沿直线运动的路径与切割工具的旋转轴线重合。

结合上述可能的实现方式，在第六种可能的实施方式中，直线运动过程中，切割工具的轴线与目标位姿的轴线重合。

结合上述可能的实现方式，在第七种可能的实施方式中，直线运动的范围为对准位姿与目标位姿确定的范围。

结合上述可能的实现方式，在第八种可能的实施方式中，***包括用于输入第一信号、第二信号和第三信号的输入装置。

结合上述可能的实现方式，在第九种可能的实施方式中，对准位姿的轴线和目标位姿的轴线重合。

结合上述可能的实现方式，在第十种可能的实施方式中，***包括执行器，执行器一端与机械臂末端连接，另一端搭载切割工具。

结合上述可能的实现方式，在第十一种可能的实施方式中，执行器包括动力装置和工具组件，动力装置包括机器人连接端和内设的动力组件，机器人连接端用于连接至机器人的机械臂末端，动力组件包括动力源和输出轴，输出轴与动力源连接；工具组件包括连接部和手术工具，手术工具可转动地设置于连接部，工具组件通过连接部可拆卸地设置于动力装置，其中，工具组件通过连接部与动力装置连接时，手术工具与输出轴形成接合以接收输出轴输出的转动运动。

结合上述可能的实现方式，在第十二种可能的实施方式中，手术工具相对于输出轴沿轴向的***或套接动作形成接合。

结合上述可能的实现方式，在第十三种可能的实施方式中，手术工具和输出轴被构造为花键连接。

结合上述可能的实现方式，在第十四种可能的实施方式中，手术工具与动力装置之间还设置有径向定位结构。

结合上述可能的实现方式，在第十五种可能的实施方式中，径向定位结构设置于手术工具与输出轴之间。

结合上述可能的实现方式，在第十六种可能的实施方式中，径向定位结构为输出轴与手术工具之间的轴孔配合。

结合上述可能的实现方式，在第十七种可能的实施方式中，连接部与动力装置通过旋合结构连接以形成对连接部的轴向和周向限位。

结合上述可能的实现方式，在第十八种可能的实施方式中，旋合结构包括设置于圆周面的旋槽和定位销，旋槽用于对定位销进行导向并包括对定位销的周向和轴向进行限位的限位部分。

结合上述可能的实现方式，在第十九种可能的实施方式中，旋槽设置于动力装置，定位销设置于连接部。

结合上述可能的实现方式，在第二十种可能的实施方式中，旋槽包括连通的旋进段和定位段，定位销沿旋进段进入定位段后使连接部和动力装置具有周向定位关系和轴向定位关系。

结合上述可能的实现方式，在第二十一种可能的实施方式中，连接部与动力装置间设置有定位模块，定位模块使连接部和动力装置之间形成预定作用力。

结合上述可能的实现方式，在第二十二种可能的实施方式中，定位模块包括弹性件，弹性件被动力装置和工具组件挤压以产生预定作用力，预定作用力的方向为输出轴的轴向。

结合上述可能的实现方式，在第二十三种可能的实施方式中，弹性件设置于工具组件中的手术工具与连接部之间，弹性件挤压手术工具以使手术工具与输出轴沿轴向压紧。

结合上述可能的实现方式，在第二十四种可能的实施方式中，手术工具为髋臼磨锉杆组件或髓腔铰刀。

结合上述可能的实现方式，在第二十五种可能的实施方式中，还包括末端示踪器，末端示踪器设置于动力装置表面。

结合上述可能的实现方式，在第二十六种可能的实施方式中，动力装置被配置为连接至机械臂的末端段时形成末端段的延伸，输出轴横向于末端段。

结合上述可能的实现方式，在第二十七种可能的实施方式中，所动力装置还包括假体安装执行器接口。

结合上述可能的实现方式，在第二十八种可能的实施方式中，机器人连接端和假体安装执行器接口分布于动力装置的两端。

结合上述可能的实现方式，在第二十九种可能的实施方式中，动力装置还包括把手，把手被配置为与连接手术工具的杆基本平行。

本公开所提出的外科手术***，用于在髋关节上制备预定形状，手术***包括切割工具、机械臂以及控制器，切割工具用于切割骨组织；机械臂用于把持切割工具并控制切割工具的位姿；控制器用于在收到第一信号时使机械臂进入牵引模式，以及，在检测不到第一信号时使机械臂进入静止模式，其中，牵引模式下机械臂能够在外力牵引下移动，静止模式下机械臂将切割工具保持当前位姿；在静止模式下，控制器还用于在接收到第二信号时，控制机械臂自动将切割工具调整至与目标位姿关联的对准位姿。这样，处于对准位姿的切割工具具有与目标位姿相关联的位置和姿态，进行假体安装时，医生只需控制切割工具从对准位姿移动至目标位姿即可实现预定形状的制备，该控制过程是较短且省力的。通过外科手术***，既能够安全可控地、又能够精准地辅助用于安装髋关节假体的预定形状的制备。

附图说明

图1为本公开实施例的外科手术***整体示意图；

图2为本公开实施例的节成型执行器和髋臼锉结构示意图；

图3为本公开实施例的注册器与髋臼锉结构示意图；

图4为本公开实施例的准备位置处机械臂和髋臼锉示意图；

图5为本公开实施例的髋臼锉位于预对准范围P内的示意图；

图6为本公开实施例的对准位姿示意图一；

图7为本公开实施例的对准位姿示意图二；

图8为本公开实施例的对准位姿示意图三；

图9为本公开实施例的髋臼锉到达对准位姿B的示意图；

图10为本公开实施例的髋臼锉到达目标位姿A的示意图；

图11为本公开实施例的关节成型执行器和髓腔铰刀结构示意图；

图12为本公开实施例的关节成型执行器结构示意图；

图13为本公开实施例的动力装置结构示意图；

图14为本公开实施例的动力装置内部结构示意图；

图15为本公开实施例的动力装置内部部分结构放大；

图16为本公开实施例的输出轴结构示意图；

图17为本公开实施例的联轴器结构示意图；

图18为本公开实施例的接头和输出轴结构示意图一；

图19为本公开实施例的接头和输出轴结构剖视图；

图20为本公开实施例的第一种工具组件示意图；

图21为本公开实施例的第一种工具组件剖视图；

图22为本公开实施例的连接部结构示意图；

图23为本公开实施例的接头、输出轴及工具组件结构示意图；

图24为本公开实施例的关节成型执行器剖视图；

图25为本公开实施例的动力装置组工具组件连接处剖视图；

图26为本公开实施例的另一种径向定位结构示意图；

图27为本公开实施例的又一种径向定位结构示意图；

图28为本公开实施例的第二种工具组件示意图；

附图标记：

100-外科手术***；

10-假体安装执行器；

20-关节成型执行器；

21-动力装置；

211-动力组件；

212-动力源，2121-电机，2122-减速器；

213-输出轴，2131-输入段，2132-中段，2133-输出段，2134-联轴花键，2135-定位孔，2136-键槽；

214-壳体，2141-手柄；

216-联轴器，2161-第一部分，2162-第二部分；

217-接头，2171-孔，2172-旋槽，2173-限位部分，2174-旋进段，2175-定位段，2176-孔；

218-绝缘罩；

22-工具组件；

221-连接部，2211-接杆锁头，2212-定位销；

222a、222b-手术工具，2221-接杆主轴，2222-花键接头，2223-接合孔，2224-定位轴，2225-把持套，2226-环槽，2227-铰刀杆，2228-铰刀；

23a、23b-切割工具；

24-机器人连接端；

25-旋合结构；

26-花键连接；

27-径向定位结构；

280-定位模块，281-卡托，282-弹性件，283-滑套；

29-假体安装执行器接口；

30-机械臂，31-机械臂末端；

40控制器；

50-输入装置，51-脚踏；

60-导航***，61-***，62-示踪器，621-骨骼示踪器，622-末端示踪器，6221-示踪元件，623-探针，624-注册器；

70-显示器；

A-目标位姿，B-对准位姿，P-预对准范围，U-目标位姿的轴线，V-对准位姿的轴线，W-髋臼锉的轴线；

具体实施方式

下面将详细描述本公开的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本公开进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本公开，而不是限定本公开。对于本领域技术人员来说，本公开可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本公开的示例来提供对本公开的更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

本公开提出一种外科手术***，用于在髋关节上制备预定形状，包括切割工具、机械臂以及控制器，切割工具用于切割骨组织；机械臂用于把持切割工具并控制切割工具的位姿；控制器用于在收到第一信号时使机械臂进入牵引模式，以及，在检测不到第一信号时使机械臂进入静止模式，其中，牵引模式下机械臂能够在外力牵引下移动，静止模式下机械臂将切割工具保持当前位姿；在静止模式下，控制器还用于在接收到第二信号时，控制机械臂自动将切割工具调整至与目标位姿关联的对准位姿。通过上述手术***的设置，手术***既能够安全可控地、又能够精准地辅助用于安装髋关节假体的预定形状的制备。

具体的，以髋臼的制备为例，对本公开的外科手术***进行详细的说明。

如图1所示，外科手术***100包括切割工具23a，、关节成型执行器20、机械臂30以及控制器40。

具体如图2所示，切割工具23a为髋臼锉，大体为半球状的壳体，其球状表面上分布有用于切削髋臼的切削齿。本实施例不对髋臼锉的类型和大小作限定。

关节成型执行器20设置有动力装置21，动力装置21上的输出端可拆卸连接有工具组件22，工具组件22包括手术工具222a，手术工具222a为髋臼磨挫组件，包括接杆主轴2221。切割工具23a可拆卸连接于接杆主轴2221末端，动力装置21包括电机，动力装置21通过接杆主轴2221驱动切割工具23a旋转。

机械臂30为内部具有多种传感器的协作机械臂，各关节间可独立控制。关节成型执行器20可拆卸地连接于机械臂末端31。机械臂30能够在牵引模式、主动模式、静止模式以及弹簧臂模式下工作。牵引模式下，机械臂30平衡自身重力，在不受外力的情况下，机械臂30可维持自身姿态，而在外力作用下(除重力外)，机械臂30可多自由度运动；主动模式下，各关节被施加了用于完成各种动作的主动控制，机械臂30可以由控制器40控制进行自主运动；静止模式下，机械臂各关节间不能相对活动，机械臂30的姿态被锁定；弹簧臂模式下，机械臂30兼具牵引模式和主动模式的部分功能，控制器40可以通过对各机械臂关节施加不同的控制，限制机械臂末端31的活动范围，在使用者的推动下，机械臂末端31可在预定的范围内活动。

控制器40与机械臂30、动力装置21电连接，用于控制机械臂30的运动模式以及动力装置21的工作状态，所述的动力装置21的工作状态包括动力装置21输出的速度状态或启停状态。

继续参考图1在本实施例中，还设置有导航***60，导航***60包括***61和示踪器62，用于辅助控制器40获取切割工具23a的目标位姿A和切割工具23a的实时位姿。其中，***61包括双目视觉相机和红外光源，示踪器62上设置有能够反射红外光并的反光球/反光片，并且反射红外光的反光球/反光片能够被双目视觉相机识别。在一种可选的实施方式中，***61中不设置红外光源，示踪器62上设置具有主动发光能力的装置，如led光源、红外光源等，具有主动发光能力的装置能够被双目视觉相机所识别和定位。在另一些可选的实施方式中，***61不限于双目视觉相机，也可以是电磁接收装置，与之对应的，示踪器62上设置有电磁发射装置，电磁发射装置发射电磁信号被电磁接收装置识别并获取其位置信息。

参考图1和图3，以示踪器62的功能进行具体分类，示踪器62包括骨骼示踪器621、末端示踪器622、探针623以及注册器624，其中骨骼示踪器621通过支架与患者的髋骨连接，用于定位患者的髋骨。末端示踪器622设置于关节成型执行器20，设置于关节成型执行器20上的末端示踪器622与机械臂末端31具有第一相对关系。探针623用于在髋骨上采点，并且***61能够获知探针623所采的点的位置信息。注册器624以预定的相对关系和切割工具23a可拆卸连接，并在连接时获取切割工具23a的位姿，图3示出一种注册器624和切割工具23a的连接方式，其具体是通过将注册器624与接杆主轴2221连接并使注册器624的部分与切割工具23a抵接。当然注册器624与切割工具23a的连接不限于图3所示的方式。在一种可选的实施方式中，末端示踪器622可以直接设置在机械臂31末端而非设置于关节成型执行器20上。

并且，继续参考图1，本实施例中还包括显示器70、以及输入装置50，输入装置50包括鼠标、键盘以及脚踏51。显示器70、鼠标键盘以及脚踏51均与控制器40电连接(未示出)。显示器70用于显示外科手术中各种提示信息和术中的手术实况信息。提示信息用于辅助手术精确按照手术计划进行，提示信息例如可以是髋臼锉未安装的提示信息、机械臂故障报警信息或髋臼锉磨挫深度信息等，手术实况信息可以是通过图像显示的切割工具23a和患者髋骨的相对位置信息、需要去除的骨骼的清除情况信息等。键盘以及鼠标用于与手术***进行交互，键盘和鼠标可以由辅助医生进行操作。脚踏51用于为牵引机械臂30和切割工具23a的医生提供控制权，使医生远离键盘鼠标的情况下可以通过脚踏51与手术***进行交互，确认和把控手术的进程，提高了手术的安全性和可控性。

下面对通过外科手术***制备髋臼的前后完整过程进行介绍：

S100三维重建和手术规划；在利用手术***进行手术之前，结合已经拍摄/获取的患骨CT数据进行三维重建，获得髋关节三维模型。在重建的髋关节三维模型上规划假体模型的安装位置，根据假体模型的安装位置确定所需制备的预定形状的理想位置。

可以理解的是，在髋关节三维模型上，医生可以直观地观察到髋关节患处的情况，并且医生可以通过调节髋臼假体模型在髋关节三维模型上的模拟安放情况，来选择需要安装的髋臼假体型号、髋臼假体的安装位置，使手术规划的过程更加直观。完成髋臼假体模型的规划安装后，髋臼假体模型与髋关节三维模型重合的部分即可确定为预定形状的理想位置。

S200空间配准；术者暴露患者髋关节后，用探针623采集髋骨的表面特征点数据、指定区域的点、面数据，***61通过探针623上的反光球/反光片获取采集点的空间位置，和三维重建生成的髋关节三维模型通过空间配准算法完成患者髋骨和髋关节三维模型的配准，从而确定患者髋骨在手术空间的实际位置。

可以理解的是，上述S100和S200的过程为利用本公开外科手术***100进行预定形状制备前的准备工作，通过这些准备工作，外科手术***100可以获取相关信息并顺利地执行后续髋臼的磨削成型工作。而且，上述三维重建和手术规划以及空间配准的具体技术为本领域技术人员所熟知的现有技术，这里不再赘述。

S300获取切割工具23a的目标位姿A；三维重建和手术规划的过程确定了预定形状在三维模型上的理想位置，空间配准的过程确定了手术空间中患者髋骨与髋关节三维模型中患者髋骨的对应关系。基于该对应关系和已知的髋关节三维模型上预定形状的理想位置，控制器40可以获得预定形状在手术空间中的规划位置。根据预定形状的规划位置，控制器40获知切割工具23a的目标位姿A，其中所述的目标位姿A为在规划位置制备出预定形状时切割工具23a所具有的理论位姿。

S400注册切割工具23a并获取切割工具23a的实时位姿；

注册切割工具23a，需要将注册器624与切割工具23a完成一次安装并在注册完成后拆卸。具体的注册过程为：将注册器624与切割工具23a以预定的相对关系连接，如图3所示，***61识别到注册器624的位姿信息和关节成型执行器20上末端示踪器622的位姿信息，根据末端示踪器622的位姿信息、注册器624的位姿信息以及预定的相对关系，控制器40获得切割工具23a相对于末端示踪器622的第二相对关系，随后将注册器624由切割工具23a上拆下。

获取切割工具23a的实时位姿信息的过程为：在拆下注册器624的情况下，控制器40根据第二相对关系和末端示踪器622的实时位姿可以间接获得切割工具23a的实时位姿。

需要说明的是，实时位姿包含切割工具23a的实时位置信息和实时姿态信息。对髋臼进行磨削时，实时获取切割工具23a的位姿信息是必要的，因为基于实时的切割工具23a的位姿信息，控制器40可以精确指导切割工具23a磨削的深度和角度。但是实际用于髋臼磨削手术的切割工具23a具有多种型号，并且切割工具23a与关节成型执行器20间的连接可能存在安装或加工误差，手术中切割工具23a的位姿与末端示踪器622的位姿并无准确确定的关系。更不能基于切割工具23a和末端示踪器622间的关系，来准确获得切割工具23a的实时位姿。并且，由于切割工具23a在切削时是高速旋转的，在切割工具23a或接杆主轴2221上持续设置注册器624以实时直接获取切割工具23a的实时位姿是不可取的。因此在进行髋臼磨削之前，需要进行注册切割工具23a的过程，以便在注册器624被拆下后，***61仍能够实时根据末端示踪器622的实时位姿和第二相对关系可以获得在手术空间中切割工具23a的实时位姿。通过这样的方法获取的切割工具23a的实时位姿是相对准确的，通过较为准确的切割工具23a的实时位姿，可以提高制备髋臼的磨削精度。

S500控制器40接收接收医生踩下脚踏51的输入信号；踩下脚踏51的输入信号是医生控制的产生的确认信号，通过踩下脚踏51，医生可以确认髋臼磨削的进程，提高利用手术***进行髋臼磨削的可控性。

S600根据切割工具23a的实时位姿以及外部输入信号进行判断并控制相应的手术进程，判断的过程具体如S700-S900所述。

S700当切割工具23a与目标位姿A的距离大于第一阈值，且控制器40接收到医生踩下脚踏的第一信号时，控制器40控制机械臂30进入牵引模式，在牵引模式下，机械臂30能够在医生的牵引下被动地将切割工具23a置于预对准范围P内，并且在切割工具23a到达预对准范围内后医生松开脚踏51，控制器40没有接收到第一信号而进入静止模式，静止模式的机械臂锁定，从而将切割工具23a保持在固定的位姿。

需要说明的是，目标位姿A中包含切割工具23a的目标位置信息和目标姿态信息。第一阈值是预先设定的判定值，以第一阈值为标准，判断切割工具23a的是否距离目标位姿A较远，如果较远(大于第一阈值)，则切割工具23a应当在后续被允许向目标位姿A靠近。通常情况下，如图4所示，在手术的初始状态，机械臂30会在控制器40的控制下保持在准备位置，准备位置处的机械臂30上安装切割工具23a时，切割工具23a距离目标位姿A的距离大于第一阈值。

预对准范围P是根据目标位姿A中的位置信息确定的一个具有边界的区域，例如可以是球形、椭球型、圆柱、棱柱或其他不规则区域。示例性的，如图5所示，预对准范围P为椭球型。该区域是位于靠近目标位姿A的一个较小范围的区域，设置的目的是为了在医生手动牵引机械臂30的情况下，能够使髋臼锉靠近目标位姿A。如图5中所示的，预对准范围P的区域可以距离目标位姿A具有一定距离；当然，预对准范围P也可以包含目标位姿A或部分包含目标位姿A。并且，在预对准范围P内，髋臼锉的轴线W与目标位姿的轴线U存在偏差，可以理解的是，将髋臼锉通过机械臂30拖入预对准范围P的目的是使髋臼锉靠近目标位姿A，而且该过程是医生手动操作的，因此髋臼锉的轴线W并不要求严格与目标位姿的轴线U完全一致，医生在此过程中也无需进行繁琐的角度精确对准。在一种可选的实施方式中，预对准范围P内的髋臼锉的轴线W与目标位姿的轴线U的允许偏差范围为0°至30°。

进行手术时，***61获取对末端示踪器622的位姿，控制器40通过末端示踪器622的位姿以及确定的第二相对关系，获得切割工具23a在手术空间中的实时位姿。基于准备位置处的切割工具23a的实时位姿，控制器40判断切割工具23a与目标位姿A的距离大于第一阈值，并且***会产生相应的提示信息，例如，提示信息可以是显示器70上的文字提示“手术准备已就绪”，也可以是相应的声音提示。操作机械臂30的医生收到该提示信息后，踩下脚踏51，使机械臂30进入牵引模式，机械臂30能够在可移动范围内被任意改变位姿，此时的切割工具23a通过医生牵引机械臂30到达预对准范围P。控制器40通过切割工具23a的实时位姿信息判断切割工具23a是否进入预对准范围P内，并且在切割工具23a位于预对准范围P内时，如图5所示的状态，向医生发出切割工具23a已到达预对准范围P内的提示。该提示可以是视觉提示或声音提示。医生参考上述提示，判断机械臂到达预对准范围P后松开脚踏51，控制器40控制机械臂30进入静止模式，机械臂30以及切割工具23a的位姿被锁定。

可以理解的是，S700中切割工具23a的移动过程一般由患处显露创口进入，经过一些人体组织而到达人体内部。由于该移动是由医生手动操作的，医生可以自主控制以减少切割工具23a与人体的碰撞，极大程度上减小了由控制器40直接控制机械臂30使切割工具23a到达预对准范围P的危险性，减少了手术***对患者造成医源性损伤的可能。

S800当切割工具23a位于预对准范围P内，且控制器40接收到医生踩下脚踏51的第二信号时，控制器40控制机械臂30自动将所述切割工具摆位至对准位姿B，其中对准位姿B中包含对准位置信息和对准姿态信息；

需要说明的是，对准位姿B与目标位姿A相关联，在本实施例中，如图6所示，对准位姿的轴线V和目标位姿的轴线U重合，即对准姿态和目标姿态相同。并且对准位置与目标位置间具有第一距离，所述的第一距离为预设值，如第一距离可以是2mm、3mm或5mm，基于相关联的对准位姿B和目标位姿A，可以将目标位姿A通过简单的平移得出对准位姿B。当然，第一距离的设置需要考虑到患者髋骨处待制备的髋臼窝的情况，对准位置与患者髋臼待磨削部分接触，时的第一距离是允许设置的最小值。其中，如图8所示，在一种可选的实施方式中，当第一距离为最小值时，意味着对准位姿B”与待制备的髋臼窝表面接触，在后续将切割工具23a由对准位姿B”送达目标位姿A的路径更短，减少了该过程中可能出现的路线偏差的可能性，促使髋臼制备更加精确。

如图6所示，本实施例的对准位姿B处于预对准范围P内，这样在通过机械臂30将切割工具23a由预定范围自动送达对准位姿B时，切割工具23a所行进的路程更短，路径较短的自动对准很大程度上减少了切割工具23a与人体组织发生不可控碰撞的可能性。并且，为了满足上述第一距离尽可能短进而保证直线模式下髋臼制备的精确性，预对准范围P设置在靠近目标位姿A的位置处。在一些可选的实施方式中，如图8所示，对准位姿B”也可以位于预对准范围P之外。在另一些可选的实施方式中，如图7所示，对准位姿B’部分位于预对准范围P之外。

在机械臂30自动将所述切割工具23a摆位至对准位姿B的过程中，机械臂30在控制器40的控制下按照对准将切割工具23a自动送达对准位姿B。

关于对准路径的获得过程，具体如下：

S801获取切割工具23a相对末端示踪器622的位置姿态信息；

该位置姿态信息在注册切割工具23a时已进行保存，即通过注册器624注册切割工具23a时计算的第二相对关系。

S802计算当前切割工具23a的实时位姿；

通过切割工具23a与末端示踪器622的第二相对关系和***61获取的末端示踪器622的位姿，来计算当前切割工具23a的实时位姿。

S803计算对准姿态在髋臼锉坐标系下的姿态(其中对准姿态为对准位姿B中的姿态信息)；

获取切割工具23a的对准姿态，计算该姿态信息在髋臼锉坐标系下的姿态qua。

S804计算髋臼锉坐标系和机械臂tcp坐标系的转换关系；

通过髋臼锉坐标系和机械臂tcp坐标系的姿态计算髋臼锉坐标系与机械臂tcp坐标系的转换关系qua1。

S805将对准姿态在髋臼锉坐标系下的姿态转换到机械臂tcp坐标系；

将S803计算获得的对准姿态在髋臼锉坐标系下的姿态qua通过qua1转换到机械臂tcp坐标系下，得到对准姿态在机械臂tcp坐标系下的姿态qua2。

S806计算获得机械臂30需要转动的欧拉角信息通过S705得到的姿态qua2，计算出欧拉角信息，Roll、Pitch、Yaw。

S807计算对准位置(对准位置为对准位姿B中的位置信息)在髋臼锉坐标系下的相对位置pos，计算末端示踪器622在髋臼锉坐标系下的相对位置关系pos1；

S808将pos和pos1转换到tcp坐标系下，获得新的位置关系rotpos和rotpos1；

S809通过rotpos和rotpos1计算出机械臂tcp需要移动的位置translation；

此时已完成机械臂tcp需要调整的姿态的欧拉角和位置移动信息的计算，translation和Roll、Pitch、Yaw发送至控制器40，控制器40根据translation和Roll、Pitch、Yaw规划出完成对准位姿B的对准路径。

S900当切割工具23a的实时位姿与对准位姿B重合，如图9所示的状态，且控制器40接收到医生踩下脚踏51的输入信号时，控制器40控制所述切割工具转动，并控制所述机械臂30限制切割工具23a在预定范围内沿直线运动。

需要说明的是，在该过程中，机械臂30为弹簧臂模式，通过控制机械臂30各关节的运动，使机械臂末端31只能沿直线移动(直线模式)，直线移动的方向与目标位姿的轴线U方向相同，在直线运动过程中，髋臼锉的轴线W始终与目标位姿的轴线U方向保持一致，直线运动的预定范围是对准位姿B与所述目标位姿A所确定的范围。这样，切割工具23a由对准位姿B运动至目标位姿A的运动过程是切割工具23a沿自身轴线的平移，严格限制切割工具23a的移动以使其到达目标位姿A，具体的控制原理为在希望移动的直线方向上不施加主动控制或施加较小的主动控制。这样，切割工具23a由对准位姿B运动到目标位姿A的过程实际是切割工具23a沿其轴线的平移过程，通过该平移过程，切割工具23a可以以最简单的路径到达目标位姿A，并且，严格限制了切割工具23a的直线位移路径和姿态，使得切割工具23a通过该直线运动能够按照精准地在髋关节上制备出髋臼的预定形状。

进行手术时，控制器40将切割工具23a的实时位姿与对准位姿B进行比较，若两者重合并且操作机械臂30的医生踩下脚踏51，控制器40启动电机，电机通过接杆主轴2221驱动切割工具23a转动，切割工具23a在机械臂30的限制下能够由对准位姿B到达完成预定形状切削的目标位姿A，图10所示为髋臼锉到达目标位姿A的状态。这样，切割工具精确地按照能限制的路径进行髋关节的制备，制备的预定形状位置精确且符合假体安装的理想位置。

在一种可选的实施方式中，第一信号、第二信号和第三信号可以不同。在一种可选的实施方式中，外部输入信号可以不是医生踩下脚踏51的信号，也可以是按钮信号或语音信号。在一种可选的实施方式中，外部输入信号是通过键盘鼠标输入的确认信号，优选的，鼠标和键盘输入的信息由辅助医生输入(非控制机械臂30执行手术的医生)，这样在控制机械臂30执行手术的医生与辅助医生确认后输入相关确认信息，可以减轻执行手术的医生的负担，能够更集中精力地进行手术操作。

如图11所示，在一种可选的实施方式中，手术工具222b为髓腔铰刀，切割工具23b为髓腔铰刀末端的铰刀，髓腔铰刀用于对股骨近端的扩髓，在扩髓过程中，髓腔铰刀和髋臼锉一样在外科手术***100下进行上述的S100-S900的步骤，其具体原理在上述步骤中以作详细介绍，这里不在赘述。

在一种可选的实施方式中，如图12至图15所示，关节成型执行器20包括动力装置21和工具组件22。动力装置21包括机器人连接端24和内设的动力组件211。关节成型执行器20通过机器人连接端24连接至机器人的机械臂30末端，动力组件211包括动力源212和输出轴213，输出轴213与动力源212连接。工具组件22包括连接部221和手术工具222a，手术工具222a可转动地设置于连接部221。工具组件22通过连接部221可拆卸地设置于动力装置21。工具组件22通过连接部221与动力装置21连接时，手术工具222a与输出轴213形成接合以接收输出轴213输出的转动运动。动力组件211设置于动力装置21内部并通过输出轴213输出动力。输出轴213与工具组件22的一端接合以驱动手术工具222a和切割工具23a，无需使用长的导向筒对手术工具222a进行导向，使执行器结构更加紧凑。这样降低了外接动力源对手术空间的干涉影响以及安全性影响；减少了在手术中组装外接动力源的操作，使手术流程更加顺畅。

具体地，如图12、图14至图15所示，关节成型执行器20包括动力装置21和工具组件22。动力装置21包括壳体214和动力组件211。壳体214是内部中空的零件，大致呈四棱柱状。壳体214的两端分别设置有机器人连接端24和假体安装执行器接口29。机器人连接端24用于将关节成型执行器20连接至机械臂30。假体安装执行器接口29用于可拆卸地连接假体安装执行器，以便在髋臼窝成型后通过假体安装执行器进行假体安装。壳体214上还设置有手柄2141，手柄2141内部中空，手柄2141与壳体214为可拆卸连接。动力装置21用于连接工具组件22的结构为快装接口，设置在壳体214上与手柄2141位置相对的另一侧。工具组件22包括手术工具222a，手术工具222a为髋臼磨锉杆组件。工具组件22安装至快装接口时，手柄2141与手术工具222a的轴线基本处于一条直线上，二者分布于动力装置21的两侧。壳体214的各个表面用于连接末端示踪器622以指示执行器的位置。

如图14所示，动力组件211包括电机2121、减速器2122、输出轴213以及联轴器216。电机2121和减速器2122构成动力源212，动力源212集成于手柄2141内部并与壳体214固定连接。减速器2122的轴与输出轴213通过联轴器216连接。动力源212和输出轴213均同轴设置，轴线垂直于壳体214。

如图16所示，输出轴213包括顺次设置的输入段2131、中段2132和输出段2133。输入段2131上设置有键槽2136，用于接收来自动力源212的转动运动。中段2132安装于动力装置21中的轴承中。输出段2133设置有联轴花键2134，联轴花键2134包括周向间隔分布的多个凸起，用于输出扭矩。联轴花键2134的长度小于输出段2133的长度，即，输出段2133的末段为一段光轴。

如图17所示，联轴器216为梅花联轴器。联轴器216包括第一部分2161和第二部分2162，第一部分2161和第二部分2162均设置有用于固定轴的锁紧螺钉，并且第一部分2161和第二部分2162间设置有绝缘套。减速器2122输出端的轴通过联轴键和锁紧螺钉与第一部分2161连接，输出轴213同样通过键连接和锁紧螺钉与第二部分2162连接。联轴器216和减速器2122输出端的轴以及输出轴213的键连接，一方面在锁紧螺钉的基础上增加了传动的可靠性，另一方面键连接提高了能够传递的最大扭矩。

参考图14和图15，在关节成型执行器20内部，联轴器216的***设置有绝缘罩218。绝缘罩218可以隔绝壳体214与减速器2122，避免电机2121的漏电通过减速器2122传导至壳体214。绝缘罩218也具有隔离电线/导线的作用，防止壳体214内部的电线/导线与转动的联轴器216摩擦或缠绕。

一并参考图14至图15、图18至图19，壳体214上还设置有接头217，接头217与壳体214固定。

接头217用于连接工具组件22以及安装输出轴213。接头217主体呈柱状，内开设有孔2171，外周设置有四个旋槽2172，旋槽2172用于对销轴件进行导向并包括对销轴件的周向和轴向进行限位的限位部分2173，接头217一端沿径向设置有两个翼板。孔2171内用于安装轴承并接纳输出轴213的中段2132。旋槽2172包括旋进段2174和定位段2175，旋进段2174在第一轴向上螺旋延伸，定位段2175在旋进段2174延伸的末端朝第二轴向延伸，其中第一轴向和第二轴向方向相反。定位段2175的侧壁即形成限位部分2173定位段2175的侧壁用于对槽中的容纳物形成第二轴向的限位和沿周向的限位。翼板用于将接头217与壳体214固定。输出轴213安装于接头217时，联轴花键2134伸出孔2171并位于壳体214之外。

如图20至图22所示，工具组件22包括连接部221和手术工具222a。手术工具222a通过其一端可转动地设置于连接部221。手术工具222a为髋臼磨锉杆组件，另一端连接髋臼锉。髋臼磨锉杆组件包括接杆主轴2221、臼锉连接部件和把持套2225。接杆主轴2221的一端与连接部221可转动连接，另一端设置臼锉连接部件。把持套2225套合在接杆主轴2221外。接杆主轴2221与连接部221连接的一端设置有花键接头2222和接合孔2223。花键接头2222与联轴花键2134能够嵌合匹配，以实现转动运动的传递。但二者并不是紧配合，在轴向上可以分离。接合孔2223的直径与输出段2133上的光轴部分的直径相同。

连接部221包括接杆锁头2211和接杆连接模块。接杆锁头2211为内部中空的杯状，底部设置有圆孔。接杆锁头2211内圆周面靠近开口的位置设置有四个沿周向分布的定位销2212。接杆连接模块设置于接杆锁头2211的内部，用于将髋臼磨锉杆组件可转动地连接至接杆锁头2211。

接杆连接模块包括卡托281、定位模块280和一对滑套283，均同轴地保持在接杆锁头2211内。卡托281为环状，设置于最外侧(接杆锁头2211的开口侧)。定位模块280包括弹性件282，用于使连接部221和动力装置21之间形成预定作用力，在本实施例中弹性件282为推力弹簧。两个滑套283均为环状，在轴向上位于卡托281与接杆锁头2211的底部之间。滑套283的外圆周面与接杆锁头2211内圆周面配合，内孔与接杆主轴2221等径。推力弹簧设置于两个滑套283之间。

接杆主轴2221套设在卡托281、推力弹簧和滑套283内。接杆主轴2221外周面还设置有两个具有预定间距的环槽2226，环槽2226用于安装挡环。装配关系下，卡托281、推力弹簧、滑套283和接杆锁头2211均位于两个挡环之间，因此接杆锁头2211与接杆主轴2221形成一个整体。推力弹簧可压缩，因此接杆锁头2211沿接杆主轴的轴向有一定的活动量。

如图23所示，连接部221与动力装置21将通过旋合结构25连接以形成对连接部的轴向和周向限位，其中旋合结构25由定位销2212和旋槽2172构成，即工具组件22通过定位销2212与旋槽2172旋合配合连接至壳体214。

如图24和图25所示为髋臼磨锉杆组件安装至动力装置21的结构示意图，一并参考图16至图23，髋臼磨锉杆组件与动力装置在装配关系下，定位销2212插接在旋槽2172的定位段2175中。定位段2175的沿轴向延伸的两个侧壁对定位销2212形成周向限位、端壁对定位销2212形成沿轴向的限位。因此不受外力情况下接杆锁头2211不会沿轴向掉落，也不会沿周向旋转。连接部221与接杆主轴2221和壳体214之间均形成径向定位，相当于接杆主轴2221与输出轴213(其定位在壳体214上)之间形成径向定位。具体参考图23和图25，输出轴213的光轴部分与接杆主轴2221的接合孔2223形成径向定位结构27，径向定位结构27为等径的轴孔配合结构，即输出轴213与接合孔2223之间形成直接的径向定位。受限于形成连接部221与接杆主轴2221之间径向定位的配合段的长度和配合精度，接杆主轴2221可能会存在一定的径向活动量。而输出轴213的光轴部分与接杆主轴2221的接合孔2223之间的径向定位，能够提高径向定位精度。

接杆主轴2221的花键接头2222与输出轴213的联轴花键2134对准并接合以接收转动运动。推力弹簧对接杆锁头2211轴向的作用力使定位销2212被沿轴向压紧在定位段2175的端壁上。由于推力弹簧被压缩，连接部221与动力装置21之间的连接存在内应力，该内应力使得工具组件22与动力之间形成稳定的轴向定位，并且不会增加为保证轴向定位精度的设计难度或安装难度，连接更稳固，不易因振动等原因发生松动。并且，在轴向上接杆主轴2221被推力弹簧推动抵靠在输出轴213上形成轴向定位。

相对于螺纹旋合连接，定位销2212与旋槽2172的配合更省力，便于术中快速拆装；定位段2175对定位销2212的直接的物理限位相对于摩擦锁紧也更可靠。在一些可选的实施方式中，定位销2212可设置于接杆锁头2211的外圆周面，旋槽2172设置于接头217的内圆周面。在另一些可选实施例中，定位销2212可以设置于接头217的内/外圆周面上，旋槽2172可以设置于接杆锁头2211的外/内圆周面上，通过这样的设置同样保证定位销2212与旋槽2172配合时能够旋合，并进一步实现接头217和接杆锁头2211的轴向和周向定位。

输出轴213与接杆主轴2221之间的接合为花键连接26，花键连接26在接合过程中只需接杆主轴2221在轴向上对准输出轴213即可，操作便利。在一些可选实施例中，输出轴213与接杆主轴2221之间还可以通过端面的相互嵌合形成可传递扭矩的连接。

如图26所示，在一些可选实施例中，可以以其他径向定位结构替代输出轴213的光轴部分与接杆主轴2221的接合孔2223间的径向定位。如，在接杆主轴2221的端部设置定位轴2224，在输出轴213上设置定位孔2135，二者的轴孔配合形成径向定位。或者，如图27所示，在接头217和接杆主轴2221之间设置轴孔配合结构，如，在接头217端部设置直径大于输出轴213的花键部分直径的孔2176，对应的接杆主轴2221的末端设置为相等直径，二者之间形成轴孔配合。

在一些可选实施例中，还可以在其他位置设置作为定位模块280中弹性件282的弹簧以形成工具组件22与动力装置21之间的内应力。如，在动力装置21上固定压簧。工具组件22安装至动力装置21时，接杆锁头2211压缩压簧，压簧的反作用力将接杆锁头2211的定位销2212压紧在旋槽2172中，使接杆锁头2211与动力装置21之间保持预压力，形成较稳固的连接。在最终使用状态下，接杆主轴2221会受到患者组织反作用力而在轴向上与输出轴压紧。压簧可采用普通螺旋弹簧、碟簧、波纹弹簧等，当然弹性件282也不限于弹簧的形式，也可以是具有弹性的弹片。

下面对髋关节成型器的使用过程进行具体说明。

在使用时，关节成型执行器20通过机器人连接端24与机械臂30连接，此时关节成型执行器20未安装工具组件22。首先，机械臂30按照预定的手术计划进入准备位置。医生将搭载有切割工具23a的髋臼磨锉杆组件通过接头217安装至关节成型执行器20。具体为，医生手持接杆锁头2211将接杆主轴2221的接合孔沿轴向套设于输出轴213的输出段2133，并使联轴花键2134与花键接头2222对准接合。完成输出轴213和接杆主轴2221的周向接合后，接杆主轴2221与输出轴213抵接，医生向靠近执行器的方向提拉和转动接杆锁头2211，使接杆锁头2211的定位销2212在旋槽2172内沿旋进段2174最终进入定位段2175。

这样，联轴花键2134与花键接头2222的接合实现了输出轴213和接杆主轴2221的周向接合，输出段2133和接合孔2223的配合则提高了连接的同轴度，也与接杆锁头2211一起增长了对接杆主轴2221的径向定位长度，提高输出轴213和接杆主轴2221传递转动时的同轴度。定位销2212位于定位段2175内时，定位销2212受限于定位段2175的两个沿轴向延伸的侧壁不能相对于接头217周向转动。推力弹簧使接杆锁头2211相对于接头217具有朝向接杆主轴2221运动的趋势，该运动趋势阻止定位销2212沿轴向脱出定位段2175到达旋进段2174。推力弹簧使接杆主轴2221沿轴向抵靠在输出轴213，即推力弹簧推动接杆主轴2221与输出轴213保持轴向接合。上述操作过程，接杆主轴2221被径向定位的部分为顶端，沿轴向移动髋臼磨锉杆组件的行程较小，所需操作空间也相应较小。

至此，髋臼磨锉杆组件与壳体214完成连接，在预定手术计划的指导下，关节成型执行器20在机械臂30及医生的控制下运动至预定目标位置。启动电机2121，电机2121的转动依次经过减速器2122、联轴器216传递至输出轴213。由于输出轴213和接杆主轴2221通过联轴花键2134和花键接头2222连接，接杆主轴2221在输出轴213的带动下产生转动，转动过程中由于接杆锁头2211与接头217固定连接，接杆锁头2211不会产生转动。转动的接杆主轴2221带动切割工具23a转动以进行髋臼窝的磨削和成型。

按照预定的手术计划完成髋臼窝的磨削成型后，机械臂30进入可以拆卸髋臼磨锉杆组件的位姿，医生克服推力弹簧的弹力提拉接杆锁头2211，定位销2212脱出定位段2175的限制，旋转接杆锁头2211，定位销2212经由旋进段2174后脱离旋槽2172，接杆锁头2211与接头217脱离。沿接杆主轴2221的轴向使髋臼磨锉杆组件远离接头217即完成拆卸。

综上所述，电机2121、减速器2122、联轴器以及输出轴213集成在壳体214内部，电机2121的电源线可以通过壳体214与机械臂30之间的接口引入。关节成型执行器20结构紧凑，不用设置外接动力源，也避免了外接动力源及其电源线对手术空间的干涉影响以及电源线外露的安全隐患。无须在手术中组装外接动力源也减少了手术的操作步骤。工具组件22由连接部221和髋臼磨锉杆组件组成，作为预装的模块化零件，能够方便地实现手术工具222a与输出轴213的可拆卸连接。

如图28所示，在一种可选的实施方式中，手术工具222b为髓腔铰刀，工具组件22包括连接部221以及髓腔铰刀。其中，髓腔铰刀包括铰刀杆2227和与铰刀杆2227连接的用于扩髓的铰刀2228(即切割工具23b)，铰刀杆2227端部设置有花键接头2222，用于与联轴花键2134连接；铰刀2228上开设置有铰刀刃，用于在旋转运动下对股骨髓腔进行扩髓。连接部221与上述连接髋臼磨锉杆组件的连接部221结构相同，接杆连接模块将铰刀杆2227与接杆锁头2211连接。并且，连接有髓腔铰刀的工具组件22与接头217以及输出轴213的连接与上述同理，接杆锁头2211与接头217连接后，髓腔铰刀通过花键接头2222与联轴花键2134接合至输出轴213，输出轴213在电机2121的驱动下带动髓腔铰刀旋转并执行股骨近端的扩髓任务。

在一种可选的实施方式中，关节成型执行器20设置有三组末端示踪器622。三组末端示踪器622分别设置在壳体214的三个面上，每组中包含四个位于同一平面的示踪元件6221。如图12至图14所示，壳体214上设置有三个平面，三组示踪元件6221分别设置在三个平面上。其中，示踪元件6221可以是无源的反光球或反光片，也可以是有源的电磁发生器或传感器。

可以理解的是，髋关节成型手术中，末端示踪器622向***61发送关节成型执行器20的位置信息，而***61在手术空间中通常固定设置，***为导航***60中接收位置信息的装置，通过三组示踪元件6221的设置，使得关节成型执行器20在多种位姿下均能够被***识别到位置信息。与示踪元件6221对应的，***可以是识别反射光的光学导航仪，也可以是识别电磁信号的接收器。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本公开作了详尽的描述，但在本发申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本公开精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本公开要求保护的范围。

Claims (30)

1.一种外科手术***，用于在髋关节上制备预定形状，其特征在于，包括：

切割工具，用于切割骨组织；

机械臂，用于把持所述切割工具并控制所述切割工具的位姿；

控制器，用于在收到第一信号时使所述机械臂进入牵引模式，以及，在检测不到所述第一信号时使所述机械臂进入静止模式，

其中，所述牵引模式下所述机械臂能够在外力牵引下移动，所述静止模式下所述机械臂将所述切割工具保持当前位姿；

在所述静止模式下，所述控制器还用于在接收到第二信号时，控制所述机械臂自动将所述切割工具调整至与目标位姿关联的对准位姿。

2.根据权利要求1所述的外科手术***，其特征在于，所述在所述静止模式下进一步为：所述机械臂将所述切割工具保持在与目标位姿关联的预对准范围内。

3.根据权利要求2所述的外科手术***，其特征在于，所述控制器被进一步编程以：根据所述目标位姿确定所述预对准范围和所述对准位姿。

4.根据权利要求2所述的外科手术***，其特征在于，所述控制器被进一步编程以：允许所述预对准范围内切割工具的轴线与目标位姿的轴线的存在偏差。

5.根据权利要求1所述的外科手术***，其特征在于，所述控制器被进一步配置为：所述机械臂将所述切割工具调整至所述对准位姿后且控制器接收到第三信号时，产生使所述机械臂进入直线模式的控制信号，所述直线模式下所述机械臂的末端能够在外力作用下沿直线运动。

6.根据权利要求5所述的外科手术***，其特征在于，所述机械臂的末端沿直线运动的路径与所述切割工具的旋转轴线重合。

7.根据权利要求5所述的外科手术***，其特征在于，所述直线运动过程中，所述切割工具的轴线与所述目标位姿的轴线重合。

8.根据权利要求5所述的外科手术***，其特征在于，所述直线运动的范围为所述对准位姿与所述目标位姿确定的范围。

9.根据权利要求5所述的外科手术***，其特征在于，所述***包括用于输入第一信号、第二信号和第三信号的输入装置。

切割工具

10.根据权利要求1所述的外科手术***，其特征在于，所述对准位姿的轴线和所述目标位姿的轴线重合。

11.根据权利要求1所述的外科手术***，其特征在于，所述***包括执行器，所述执行器一端与所述机械臂末端连接，另一端搭载所述切割工具。

12.根据权利要求1所述的外科手术***，其特征在于，所述执行器包括动力装置和工具组件：

所述动力装置包括机器人连接端和内设的动力组件，所述机器人连接端用于连接至机器人的机械臂末端，所述动力组件包括动力源和输出轴，所述输出轴与所述动力源连接；

工具组件，包括连接部和手术工具，所述手术工具可转动地设置于所述连接部，所述工具组件通过所述连接部可拆卸地设置于所述动力装置，其中，

所述工具组件通过所述连接部与所述动力装置连接时，所述手术工具与所述输出轴形成接合以接收所述输出轴输出的转动运动。

13.根据权利要求12所述的外科手术***，其特征在于，所述手术工具相对于所述输出轴沿轴向的***或套接动作形成所述接合。

14.根据权利要求13所述的外科手术***，其特征在于，所述手术工具和所述输出轴被构造为花键连接。

15.根据权利要求12所述的外科手术***，其特征在于，所述手术工具与所述动力装置之间还设置有径向定位结构。

16.根据权利要求15所述的外科手术***，其特征在于，所述径向定位结构设置于所述手术工具与所述输出轴之间。

17.根据权利要求15所述的外科手术***，其特征在于，所述径向定位结构为所述输出轴与所述手术工具之间的轴孔配合。

18.根据权利要求12所述的外科手术***，其特征在于，所述连接部与所述动力装置通过旋合结构连接以形成对所述连接部的轴向和周向限位。

19.根据权利要求18所述的外科手术***，其特征在于，所述旋合结构包括设置于圆周面的旋槽和定位销，所述旋槽用于对所述定位销进行导向并包括对所述定位销的周向和轴向进行限位的限位部分。

20.根据权利要求19所述的外科手术***，其特征在于，所述旋槽设置于所述动力装置，所述定位销设置于所述连接部。

21.根据权利要求19所述的外科手术***，其特征在于，所述旋槽包括连通的旋进段和定位段，所述定位销沿所述旋进段进入定位段后使所述连接部和所述动力装置具有周向定位关系和轴向定位关系。

22.根据权利要求21所述的外科手术***，其特征在于，所述连接部与所述动力装置间设置有定位模块，所述定位模块使所述连接部和所述动力装置之间形成预定作用力。

23.根据权利要求22所述的外科手术***，其特征在于，所述定位模块包括弹性件，所述弹性件被所述动力装置和所述工具组件挤压以产生所述预定作用力，所述预定作用力的方向为所述输出轴的轴向。

24.根据权利要求23所述的外科手术***，其特征在于，所述弹性件设置于所述工具组件中的手术工具与连接部之间，所述弹性件挤压所述手术工具以使所述手术工具与所述输出轴沿轴向压紧。

25.根据权利要求12所述的外科手术***，其特征在于，所述手术工具为髋臼磨锉杆组件或髓腔铰刀。

26.根据权利要求12所述的外科手术***，其特征在于，还包括末端示踪器，所述末端示踪器设置于所述动力装置表面。

27.根据权利要求12所述的外科手术***，其特征在于，所述动力装置被配置为连接至所述机械臂的末端段时形成所述末端段的延伸，所述输出轴横向于所述末端段。

28.根据权利要求12所述的外科手术***，其特征在于，所动力装置还包括假体安装执行器接口。

29.根据权利要求28所述的外科手术***，其特征在于，所述机器人连接端和所述假体安装执行器接口分布于所述动力装置的两端。

30.根据权利要求12所述的外科手术***，其特征在于，所述动力装置还包括把手，所述把手被配置为与连接所述手术工具的杆基本平行。

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